張國權(quán) 陳衛(wèi)衛(wèi)

摘要：本文以運輸類飛機的機身壁板為研究對象，對其進行軸壓壓載荷作用下屈曲的試驗研究，通過引入分散率的控制方法，得到了合理的壁板軸壓初始屈曲載荷及破壞載荷。同時對運輸類支線飛機機身蒙皮軸壓彈性屈曲穩(wěn)定性控制要求進行了探索，得到合理的控制為后續(xù)的設(shè)計工作提供參考。

關(guān)鍵詞：彈性屈曲;屈曲試驗;機身壁板

中圖分類號：V214文獻標(biāo)識碼：B

1 概述

現(xiàn)代運輸飛機機身結(jié)構(gòu)大多采用鉚接壁板形式，為得到輕薄而又安全的壁板結(jié)構(gòu)，需要進行大量的壁板結(jié)構(gòu)試驗研究。[1]-[5]臧偉鋒[3]介紹國內(nèi)外機身壁板強度試驗技術(shù)，給出機身壁板試驗技術(shù)研究的建議。孫為民[4]-[5]等人對軸壓壁板的破壞模式進行探索研究，得到相應(yīng)壁板破壞載荷。

本文以運輸類飛機的機身壁板為研究對象，對其進行軸壓屈曲的試驗研究，采用分散率控制方法方式，得到了合理的壁板軸壓初始屈曲載荷和破壞載荷。同時對運輸類支線飛機機身壁板軸壓蒙皮彈性屈曲穩(wěn)定性控制要求進行了探索，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作提供參考。

2 試驗概述

選取機身典型薄壁壁板作為研究對象。蒙皮采用2524材料化銑蒙皮;長桁采用7150材料擠壓件。試驗在壓縮試驗機YY200A上進行。將試驗件的上下兩端分別固定在端部支持夾具中，再將安裝好的試驗件垂直放置在試驗機加載平臺上，利用試驗機的壓縮平臺直接施加壓縮載荷。載荷合力作用點（試驗機加載中心）與壁板截面形心一致。軸壓試驗約束與加載示意圖見下圖，試驗件主要尺寸見表1。

3 試驗結(jié)果及分析

由于制造精度等多方面因素影響，會對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響，尤其對于薄壁蒙皮，初始屈曲載荷對幾何缺陷比較敏感。[5]所以采用分散率來保證試驗載荷的合理性。壁板軸壓和破壞載荷見表2。

比較相同支持條件、相同蒙皮厚度的在機身壁板在不同長桁間距（10#與20#比較）試驗結(jié)果，其中10#長桁間距為140mm、20#長桁間距為130mm?？梢园l(fā)現(xiàn)，長桁間距的變化，對蒙皮初始屈曲載荷的有影響，且長桁間距小的壁板承受的初始屈曲載荷越大。

比較相同支持條件、相同長桁間距的在機身壁板在不同蒙皮厚度（10#與40#比較）試驗結(jié)果，其中10#蒙皮厚度為13mm，40#蒙皮厚度為1.1mm，可以發(fā)現(xiàn)蒙皮厚度的變化對初始屈曲載荷的影響較大，且蒙皮越厚的壁板初始屈曲載荷越大。

在現(xiàn)代飛機設(shè)計中，一般采用使用載荷或設(shè)計載荷的某個百分比對蒙皮初始屈曲載荷進行要求控制，[2]所以探索試驗件破壞載荷和初始屈曲載荷的關(guān)系是有必要的。試驗件屈曲載荷和破壞載荷比例關(guān)系見表3。

從表3可以看出，對于薄壁機身試驗件初始屈曲大部分發(fā)生在破壞載荷的30%以下，因此，在現(xiàn)代運輸類支線飛機設(shè)計中，采用極限載荷的30%來控制非開口區(qū)蒙皮軸壓彈性穩(wěn)定性是合理的。也就是說，工程方法計算的軸壓彈性失穩(wěn)應(yīng)力許用值應(yīng)大于飛機在極限載荷的30%作用下蒙皮（非開口區(qū)）所受到的應(yīng)力。

4 結(jié)論

本文以運輸類飛機的機身壁板蒙皮為研究對象，得到初始屈曲載荷和破壞載荷，得到以下結(jié)論：

1）機身壁板初始屈曲載荷跟蒙皮厚度和長桁間距有關(guān)，蒙皮越厚的壁板初始屈曲載荷越大，長桁間距小的壁板承受的初始屈曲載荷越大。

2）試驗中引入分散率的控制方法，得到合理的壁板軸壓初始屈曲載荷和破壞載荷，并對運輸類支線飛機機身蒙皮軸壓彈性屈曲穩(wěn)定性控制要求進行了探索，采用極限載荷的30%來控制非開口區(qū)蒙皮軸壓彈性屈曲穩(wěn)定性是合理的，為后續(xù)的飛機設(shè)計工作提供參考。

參考文獻：

[1]航空工業(yè)編委組.飛機設(shè)計手冊（第九冊）[M].航空工業(yè)出版社，2001.

[2]崔德剛結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性定設(shè)計手冊[M].航空工業(yè)出版社，2006.

[3]臧偉鋒，張海英，董登科.機身壁板強度試驗技術(shù)研究[C].第23屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第Ⅱ冊）2014：488-492.

[4]孫為民，童明波，董登科.加筋壁板軸壓載荷下后屈曲穩(wěn)定性實驗研究[J].實驗力學(xué)，2008，23（4）：333-338.

[5]孫為民，童明波，董登科.壁板軸壓后屈曲計算與結(jié)構(gòu)敏感度分析[J].中國機械工程，2009，20（7）：812-816.

作者簡介：張國權(quán)（1985-），男，工程師，主要研究方向為飛機結(jié)構(gòu)強度設(shè)計。